本技术涉及地下工程施工技术的领域，尤其是涉及一种富水软弱砂层盾构快速施工与沉降控制方法。
背景技术：
1、盾构法是暗挖法施工中的一种全机械化施工方法。它是将盾构机械在地中推进，通过盾构外壳和管片支承四周围岩防止发生往隧道内的坍塌。同时在开挖面前方用切削装置进行土体开挖，通过出土机械运出洞外，靠千斤顶在后部加压顶进，并拼装预制混凝土管片，形成隧道结构的一种机械化施工方法。随着城市地下空间开发的不断深入，盾构施工技术在富水砂层等复杂地质条件下的应用越来越广泛。
2、然而，由于土压平衡盾构机的局限性、地层适应性限制，在盾构下穿过程中，盾构施工对地表建筑物安全构成威胁。另一方面，富水砂层结构松散、渗透性好、粘聚力低、自稳能力差，因此富水砂层盾构掘进时掌子面极易出现喷涌、塌方等事故，而导致地面出现较大沉降甚至塌陷，影响地表建筑物的结构安全，造成非常恶劣的社会影响。同时，由于其内摩擦角大、渗透性好，使盾构机在掘进过程中刀盘磨损严重且很难保持盾构机开挖面的土压平衡。因此，在富水砂层进行盾构下穿施工面临重大安全风险。
技术实现思路
1、为了提高盾构施工在富水砂层中的效率和安全性 ，本技术提供一种富水软弱砂层盾构快速施工与沉降控制方法。
2、本技术提供的一种富水软弱砂层盾构快速施工与沉降控制方法，采用如下的技术方案：
3、一种富水软弱砂层盾构快速施工与沉降控制方法，包括步骤：
4、对富水砂层地质条件进行分析，包括详勘、施工勘察、专项勘察等，并对比施工过程揭示的地层情况与原数据；
5、确定渣土改良剂，并将其注入到土体中，确保掌子面稳定；
6、确定开挖面应力状态、土体性能、边界条件，建立土压平衡盾构开挖面主动失稳模型；
7、配制浆液，并对其物理力学特性进行试验研究，确定适合富水砂层盾构施工注浆需求的浆液配合比；
8、结合盾构掘进速度、刀盘直径和盾构管片外径等参数确定注浆压力和注浆量，并进行现场注浆试验；
9、对盾构施工下穿既有建筑进行监测，分析盾构施工对既有建筑变形的影响规律。
10、通过采用上述技术方案，通过优化施工流程和技术手段，实现盾构机的快速掘进，从而提高施工效率，缩短工期，在富水软弱砂层中，盾构施工容易引起地层沉降，采用有效的沉降控制方法，可以最大程度地减少地层沉降，保护周边建筑物和地下管线的安全，通过采用环保型盾构机和泥水分离技术等手段，可以减少施工过程中的噪音、振动和泥水污染，降低对周边环境的影响，确保隧道的精度和质量，提高工程的整体质量水平。
11、优选的，所述确定渣土改良剂，并将其注入到土体中，确保掌子面稳定，包括：通过动三轴试验研究。
12、通过采用上述技术方案，通过动三轴试验可以模拟渣土在受到振动或动力荷载时的反应，在这个过程中，可以观察渣土改良剂对土体动力特性的影响，例如，改良剂可能提高土体的动强度，使其在动力作用下更难以破坏；或者改良剂可能降低土体的动变形，使其在受到振动时更加稳定；其次，动三轴试验还可以用来研究渣土改良剂对土体孔压的影响，在动力作用下，土体中的孔隙水压力会发生变化，这可能会影响土体的稳定性和强度，通过动三轴试验，可以观察渣土改良剂是否能够降低动孔压，从而提高土体的稳定性。
13、优选的，通过动三轴试验研究原状土与改良土体在振动作用下的动强度、动黏聚力、动内摩擦角、动剪切模量和阻尼比等参数及其变化规律。
14、通过采用上述技术方案，通过动三轴试验可以确定渣土改良剂在提高土体动强度、降低动变形和动孔压等方面的有益效果，这些数据可以为工程实践提供重要参考，帮助工程师们更好地选择和使用渣土改良剂。
15、优选的，针对不同阶段的地质注入不同配比的膨润土、泡沫剂等土体改良材料。
16、通过采用上述技术方案，膨润土具有较好的吸水性和膨胀性，可以有效地填充土壤孔隙，提高土壤的密实度和稳定性；而泡沫剂则可以形成大量的微小气泡，改变土壤的结构和渗透性，通过合理配比和注入这些材料，可以有效地改善地质条件，提高地基的承载力和稳定性，保障建筑物的安全；不同地质条件下需要注入的土体改良材料的配比和量也会有所不同，因此在实际应用中需要根据具体情况进行调整和优化，还需要考虑环保和安全等因素，避免对环境造成污染和对人体造成危害。
17、优选的，所述配制浆液，并对其物理力学特性进行试验研究中，浆液的物理力学特性包括凝胶时间、凝结时间、强度、耐久性和配合比。
18、通过采用上述技术方案，通过试验，可以确定最佳的浆液配比，从而获得理想的物理力学特性，如粘度、密度、抗压强度等，这有助于提高浆液在工程应用中的性能；了解浆液的物理力学特性有助于在实际工程中更精确地控制施工质量和效果，例如，在注浆加固工程中，选择合适的浆液配比可以确保注浆效果，提高地基的承载力和稳定性；通过优化浆液配比，可以减少材料浪费，提高材料利用率，从而降低工程成本；此外，合理的浆液配比还可以减少施工过程中的堵管、渗漏等问题，进一步提高施工效率。
19、优选的，所述结合盾构掘进速度、刀盘直径和盾构管片外径等参数确定注浆压力和注浆量，并进行现场注浆试验，包括步骤：
20、通过现场试验，对盾构现场注浆后浆液沿管片环向和纵向的分布形态以及注浆体和管片之间填充性进行研究。
21、通过采用上述技术方案，通过研究浆液的分布形态，可以了解注浆过程中浆液在管片环向和纵向的流动特性，从而优化注浆工艺参数，提高注浆质量和效率，有助于了解注浆对隧道周围土体的加固效果，以及如何更好地控制地层变形和防止地表沉降；注浆体和管片之间的填充性是影响盾构隧道稳定性的重要因素，可以了解注浆体和管片之间的密实程度，从而判断隧道的稳定性和安全性，如果填充性不佳，可能会导致隧道出现渗漏、变形等问题，严重影响隧道的使用寿命和安全性；在施工过程中，可以根据填充性的研究结果，调整注浆量、注浆压力等参数，以达到最佳的填充效果。在维护过程中，也可以根据填充性的情况，及时发现并处理潜在的安全隐患。
22、优选的，所述对盾构施工下穿既有建筑进行监测，分析盾构施工对既有建筑变形的影响规律，包括步骤：
23、将实际监测数据进行总结分析，通过变形的位置及大小分析盾构施工下穿既有建筑的变形影响规律，并对比监测和模拟两种结果。
24、通过采用上述技术方案，有助于提高施工安全性、保护周边建筑，且有助于优化施工方案。
25、优选的，包括一种施工监测系统，所述施工监测系统用于监测盾构施工下穿既有建筑的变形情况，并分析盾构施工对既有建筑变形的影响规律。
26、通过采用上述技术方案，施工监测系统主要用于对施工过程进行全面、实时的监控，有助于及时发现潜在的问题和异常情况，通过对数据的分析，可以优化施工流程，提高施工质量和效率，当监测数据超出预设的安全范围时，施工监测系统能够及时发出预警，提醒施工人员采取相应措施，防止事故发生。
27、优选的，还包括步骤：通过理论分析和工程类比的方法，给出盾构下穿既有建筑物时的掘进参数，并用施工试验段实测值加以验证。
28、通过采用上述技术方案，盾构下穿既有建筑物时的掘进参数作用需要综合考虑多个因素，包括推进速度、刀盘转速和扭矩、土压平衡控制以及注浆压力和注浆量等，通过合理的参数设定和调整，可以保证盾构掘进的顺利进行，并减少对既有建筑物的影响。
29、优选的，所述掘进参数包括盾构土仓压力、顶推力、刀盘扭矩、刀盘转速、出渣量以及同步注浆参数。
30、综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：
31、1.通过优化施工流程和技术手段，实现盾构机的快速掘进，从而提高施工效率，缩短工期，在富水软弱砂层中，盾构施工容易引起地层沉降，采用有效的沉降控制方法，可以最大程度地减少地层沉降，保护周边建筑物和地下管线的安全，通过采用环保型盾构机和泥水分离技术等手段，可以减少施工过程中的噪音、振动和泥水污染，降低对周边环境的影响，确保隧道的精度和质量，提高工程的整体质量水平。
32、2.通过动三轴试验可以模拟渣土在受到振动或动力荷载时的反应，在这个过程中，可以观察渣土改良剂对土体动力特性的影响，例如，改良剂可能提高土体的动强度，使其在动力作用下更难以破坏；或者改良剂可能降低土体的动变形，使其在受到振动时更加稳定；其次，动三轴试验还可以用来研究渣土改良剂对土体孔压的影响，在动力作用下，土体中的孔隙水压力会发生变化，这可能会影响土体的稳定性和强度，通过动三轴试验，可以观察渣土改良剂是否能够降低动孔压，从而提高土体的稳定性。
1.一种富水软弱砂层盾构快速施工与沉降控制方法，其特征在于，包括步骤：
2.根据权利要求1所述的富水软弱砂层盾构快速施工与沉降控制方法，其特征在于：所述确定渣土改良剂，并将其注入到土体中，确保掌子面稳定，包括：通过动三轴试验研究。
3.根据权利要求2所述的富水软弱砂层盾构快速施工与沉降控制方法，其特征在于：所述通过动三轴试验研究包括：研究原状土与改良土体在振动作用下的动强度、动黏聚力、动内摩擦角、动剪切模量和阻尼比等参数及其变化规律。
4.根据权利要求3所述的富水软弱砂层盾构快速施工与沉降控制方法，其特征在于：针对不同阶段的地质注入不同配比的膨润土、泡沫剂等土体改良材料。
5.根据权利要求1所述的富水软弱砂层盾构快速施工与沉降控制方法，其特征在于：所述配制浆液，并对其物理力学特性进行试验研究中，浆液的物理力学特性包括凝胶时间、凝结时间、强度、耐久性和配合比。
6.根据权利要求1所述的富水软弱砂层盾构快速施工与沉降控制方法，其特征在于：所述结合盾构掘进速度、刀盘直径和盾构管片外径等参数确定注浆压力和注浆量，并进行现场注浆试验，包括步骤：
7.根据权利要求1所述的富水软弱砂层盾构快速施工与沉降控制方法，其特征在于：所述对盾构施工下穿既有建筑进行监测，分析盾构施工对既有建筑变形的影响规律，包括步骤：
8.根据权利要求7所述的富水软弱砂层盾构快速施工与沉降控制方法，其特征在于：包括一种施工监测系统，所述施工监测系统用于监测盾构施工下穿既有建筑的变形情况，并分析盾构施工对既有建筑变形的影响规律。
9.根据权利要求1所述的富水软弱砂层盾构快速施工与沉降控制方法，其特征在于：还包括步骤：通过理论分析和工程类比的方法，给出盾构下穿既有建筑物时的掘进参数，并用施工试验段实测值加以验证。
10.根据权利要求9所述的富水软弱砂层盾构快速施工与沉降控制方法，其特征在于：所述掘进参数包括盾构土仓压力、顶推力、刀盘扭矩、刀盘转速、出渣量以及同步注浆参数。
